Геномный импринтинг — это эпигенетический феномен, который заставляет гены экспрессироваться или нет, в зависимости от того, унаследованы ли они от матери или отца. [1] [2] [3] [4] [5] Гены также могут быть частично импринтированы. Частичный импринтинг происходит, когда аллели обоих родителей по-разному выражены, а не полная экспрессия и полное подавление аллеля одного родителя. [6] Формы геномного импринтинга были продемонстрированы у грибов, растений и животных. [7] [8] В 2014 году было известно около 150 импринтированных генов у мышей и примерно половина от них у людей. [9]По состоянию на 2019 год сообщалось о 260 импринтированных генах у мышей и 228 у людей. [10]
Геномный импринтинг представляет собой процесс наследования, независимый от классического менделевского наследования . Это эпигенетический процесс, который включает метилирование ДНК и метилирование гистонов без изменения генетической последовательности. Эти эпигенетические метки устанавливаются («отпечатываются») в зародышевой линии (сперматозоидах или яйцеклетках) родителей и поддерживаются посредством митотических клеточных делений в соматических клетках организма. [11]
Соответствующий импринтинг определенных генов важен для нормального развития. Заболевания человека, связанные с геномным импринтингом, включают синдром Ангельмана , синдром Прадера-Вилли и мужское бесплодие . [3]
У диплоидных организмов (таких как человек) соматические клетки обладают двумя копиями генома , одна унаследована от отца, а другая от матери. Таким образом, каждый аутосомный ген представлен двумя копиями или аллелями, причем одна копия наследуется от каждого родителя при оплодотворении . Выраженный аллель зависит от его родительского происхождения. Например, ген, кодирующий инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2/Igf2), экспрессируется только из аллеля, унаследованного от отца. Хотя импринтинг составляет небольшую часть генов млекопитающих, они играют важную роль в эмбриогенезе, особенно в формировании висцеральных структур и нервной системы. [12]
Термин «импринтинг» был впервые использован для описания событий у насекомого Pseudococcus nipae . [13] У Pseudococcids ( мучнистые червецы ) ( Hemiptera , Coccoidea ) и самец, и самка развиваются из оплодотворенной яйцеклетки. У самок все хромосомы остаются эухроматическими и функциональными. У эмбрионов, которым суждено стать самцами, один гаплоидный набор хромосом становится гетерохроматинизированным после шестого деления дробления и остается таковым в большинстве тканей; таким образом, самцы функционально гаплоидны. [14] [15] [16]
То, что импринтинг может быть особенностью развития млекопитающих, было предположено в экспериментах по разведению мышей, несущих реципрокные хромосомные транслокации . [17] Эксперименты по трансплантации ядер зиготам мышей в начале 1980-х годов подтвердили, что нормальное развитие требует вклада как материнского, так и отцовского геномов. Подавляющее большинство эмбрионов мышей произошло в результате партеногенеза (так называемые партеногеноны, с двумя материнскими или яйцевыми геномами) и андрогенеза .(называемые андрогенонами, с двумя отцовскими или сперматозоидными геномами) умирают на стадии бластоцисты/имплантации или до нее. В редких случаях, когда они развиваются до постимплантационных стадий, гиногенетические эмбрионы демонстрируют лучшее эмбриональное развитие по сравнению с плацентарным развитием, в то время как для андрогенонов верно обратное. Тем не менее, для последних описано лишь несколько (в статье 1984 г.). [18] [19] [20]